Введение к работе
Актуальность проблемы
Исследование нелинейных оптических процессов в резонансных условиях, когда частоты возбуждающего излучения близки к частотам переходов в вещесгве, представляет несомненный интерес в качестве предмета фундаментальных и прикладных исследований. С одной стороны изучение таких процессов важно для выяснения ряда принципиальных вопросов теории взаимодействия лазерного излучения с веществом. В первую очередь это касается особенностей отклика многоуровневой системы при воздействии на неё резонансным световым полем, приводящем, например, к возбуждению сразу нескольких, конкурирующих между собой нелинейно-оптических процессов.
Среди многочисленных вариантов такого взаимодействия особое место занимает когерентный режим, характеризующийся тем, что длительность возбуж-дающего импульса короче всех характерных времён релаксации среды При эюм резонансные свойства среды проявляются особенно ярко.
Когерентное резонансное взаимодействие резко выводит электронную подсистему любого вещества из состояния термодинамического равновесия Прежде чем вернуться в равновесное состояние, вещество проходит ряд стадий, превращений или фазовых переходов. Их регистрация и исследование дают важную информацию о свойствах вещества. Ещё более богатой и разнообразной становится информация при когерентном резонансном воздействии на среду последовательностью из нескольких световых импульсов, приводящем, например, (при использовании разнесённых во времени трёх импульсов) к возникновению такого когерентного переходного процесса как вырожденное четмрехволткшое смешение (ВЧВС) с задержкой во времени или стимулированного фотонного эха (СФЭ). Это явление широко используется при проведении спектроскопических исследований высокого и сверхвысокою разрешения и позволяет измерять времена релаксации возбуждения в различных средах.
В последние годы намегилась и другая область практического приложения СФЭ: уникальные пространственно-временные свойства когерентных переходных
процессов (долговременная память, корреляция и свертка оптических сигналов и др.) делают возможным построение на их основе оптических запоминающих устройств (ОЗУ) с высокой плотностью записи и процессоров для параллельной обработки больших массивов данных с высоким быстродействием вплоть до 10 перемножений-сложений в секунду
Цель работы и постановка задачи
Целью диссертационной работы являлось экспериментальное исследование эффекта вырожденного чегырехволнового смешения с задержкой во времени (стимулированного фотонного эха), возбуждаемого в примесном кристалле LaF»:Pr'' излучением лазера на красителях с перестраиваемой частотой и узкой линией генерации, а также разработка на его основе физических методов работы оптических запоминающих устройств и процессоров.
Основные поставленные в работе задачи следующие:
экспериментально изучить особенности возбуждения ВЧВС в многоуровневых системах (временные корреляции когерентных оптических сигналов, влияние конкурирующих процессов) при использовании в качестве рабочей среды примесного кристалла LaF.i.lV, являющегося удобной моделью многоуровневой системы из-за большого набора оптически разрешённых переходов в ионе Рг ' с хорошо известными параметрами.
с использованием эффекта фотонного эха исследовать особенности дефазнровкн резонансных оптических переходов иона Рг ' в зависимости от группы симметрии кристаллической матрицы на примере матриц V^SiCK и LaF\ и дать оценки для констант орбаховскнх процессов необратимой релаксации,
дан. экспериментальное обоснование способам контролируемого подавления или усиления ВЧВС с задержкой во времени и разработать на этой основе методы опе-
ратнвного стирания информации в оптических запоминающих устройствах, базирующихся на использовании эффекта стимулированного фотонного эха.
Научная новизна
-
Обнаружено новое явление - интерференция не перекрывающихся во времени световых импульсов при их вырожденном четырёхволновом смешении с задержкой во времени.
-
Впервые экспериментально установлено влияние конкурирующих нелинейных явлений (генерации вынужденного излучения) на возбуждение процесса ВЧВС. Это влияние обусловлено тем, что возбуждение ВЧВС осуществляется не в двухуровневой, а в многоуровневой системе. В частности показано, что в случае существенного превышения порога генерации вынужденного излучения имеет место полное подавление сигнала ВЧВС
-
Впервые экспериментально зарегистрирована корреляция формы третьего возбуждающего импульса и формы стимулированного фотонного эха.
-
При экспериментальном исследовании особенностей когерентного возбуждения вынужденного излучения на смежном переходе обнаружено смещение его во времени к началу импульса накачки и даже разбиение его на два импульса при возрастании интенсивности возбуждающего лазера.
5. При исследовании температурных спадов амплитуды фотонного эха в
Y2SiOs:Pr обнаружен новый неорбаховский механизм релаксации, возможно свя
занный с тунелированием ионов празеодима между двумя неэквивалентными по
ложениями в кристаллической решетке.
Практическая ценность
Полученные результаты могут быть использованы для решения проблемы
операї іншою сінрания информации в оптических процессорах и запоминающих устройствах на основе эффекта стимулированного эха
Они представляют интерес для разрешения ряда принципиальных проблем коїереншого взаимодействия лазерного излучения с нелинейной резонансной средой, а также понимания природы релаксационных процессов в кристаллах с примесями редкоземельных ионов Результаты работы позволяют, п частности, выяснить особенное!и возбуждения стимулированного фотонного эха в многоуровневых сисіемах, коюрме как раз и характеризуют реальные физические среды.
Апробация работы
Резулыагы дііссеріаціюнной работы докладывались на трёх международных конференциях
Conference on Laser and Electro-Optics, Washington, D С , USA, 1992
VII Международная конференция "Оптика лазеров", С.-Петербург, июнь 1993 г.;
- XV Международная конференция по когерентной и нелинейной оптике и VIII
конференция по лазерной опшке, С -Петербург, 27 июня-1 июля, 1995.
Они опубликованы в восьми статьях, трудах конференции и авторском свидетельстве
Объём диссертации
Диссертация состоит из введения, четырёх глав и выводов, изложена на 96
страницах машинописного текста, содержит 38 рисунков и 3 таблицы Список цитируемой литературы включает 118 наименований.
Похожие диссертации на Когерентные переходные процессы типа вырожденного четырехволнового смешения с задержкой во времени в примесных кристаллах
